[发明专利]一种应用于煤化工的冷态仿真系统

摘要

本发明公开了一种应用于煤化工的冷态仿真系统。本发明包括软件系统、硬件设备和网络通信三个部分，软件系统采用分散式设计方法，具体包括模型设计器、场景设计器、仿真服务器、主控台、教师站、客户端、OTS-DCS接口驱动、虚拟DCS控制站、DCS算法设计器、DCS操控平台和现场场景仿真平台。硬件设备由DCS中控室硬件部分和现场硬件部分构成。本发明为实训人员提供方便、安全、经济的模拟训练环境，并且有效地提高他们动手和思考能力，具有很强的实践性和可操作性。

主权项

一种应用于煤化工的冷态仿真系统，包括软件系统、硬件设备和网络通信三个部分，其特征在于：所述的软件系统采用分散式设计方法，具体包括模型设计器、场景设计器、仿真服务器、主控台、教师站、客户端、OTS‑DCS接口驱动、虚拟DCS控制站、DCS算法设计器、DCS操控平台和现场场景仿真平台；所述的模型设计器，其设计是基于模块化的，首先基于基本的物理和化学守恒定律对化工中的换热器、冷凝器、分离塔、洗涤塔、泵、调节阀、泵建立基于机理的数学模型，然后将每种单体设备的模型做成IO接口以及内部参数控制的组件；在建立工段仿真模型时，分析当前设计工段中用到的单元组件，根据整个工艺流程应用建立的单体设备搭建工段模型，通过优化各组件的参数，构件稳定可靠的化工模型，并根据工艺参数要求设计开车、稳态、停车、故障快照；所述的场景设计器是模型设计器和仿真服务器之间的桥梁，通过场景设计器将模型设计器设计好的模型文件以及开车快照、停车快照、稳态快照和各种故障快照加载到工程中，并通过场景设计器，建立仿真培训系统练习考评体系；根据实际企业生产线中开车、停车、故障的操作手册，分别设计对应的考评规则、考评项以及各考评项的权值；另外，场景设计还负责将各工段的仿真模型整合到一起，构建由多工段组成的完整化工仿真模型工程；所述的仿真服务器是现场场景仿真平台的核心处理器，仿真服务器负责对仿真模型进行方程求解和运算，同时仿真服务器还具备同时与客户端、主控台、教师站的实时通讯功能，能够及时的获取客户端和教师站上的控制信号并将这些参数值应用到计算和求解中，将运算中的温度、压力、液位、流量参数值实时传输给教师站和客户端；所述的主控台主对仿真服务器的启停控制，并记录和显示在仿真过程出现故障和错误；所述的教师站是企业工程师或者学校老师操控整个仿真培训系统的终端；所述的客户端是仿真服务平台提供的用来与DCS第三方软件通信的端口，同时支持直接查询模型中具体设备的各个参数信息；所述的OTS‑DCS接口驱动主要是实现DCS控制系统与仿真服务平台无缝通信；所述的虚拟DCS控制站承担着DCS控制系统内部算法的运算求解，同时负责与仿真服务平台、DCS操控平台以及现场场景仿真平台的数据交互；所述的DCS算法设计器是DCS控制算法程化的软件，它支持FBD程序设计、LD程序设计、SFC程序设计、ST程序设计或TL程序设计；所述的DCS操控平台采用企业正式的DCS组态监控软件设计而成，在界面和风格上都与企业正式DCS操控平台保持一致；所述的现场场景仿真平台是将煤化工生产线应用软件绘制出模拟场景，将生产线中需要现场操作的阀门、泵、电机做成界面上可操控的图形化的形式；所述的硬件设备由DCS中控室硬件部分和现场硬件部分构成，中控室硬件部分包括系统服务器一台、教师机一台、DCS监控计算机八台、现场场景模拟计算机四台；现场硬件设备包括整个煤化工生产线中的生产设备和电气设备，所述的生产设备包括冷凝器、分离塔、换热器、蒸馏塔、气化炉；所述的电气设备包括电动调节阀、手动调节阀、显示仪表、泵、电机、现场控制柜、DCS控制柜所述的网络通信具体是：DCS控制站接收由接口机和操作员站的信息包，根据数据的ID将数据存入DCS数据库中对应的位号内；同时DCS控制站从I/O端口读取现场手动阀门所对应的4～20mA信号并转化为0～100的开度信号值，然后存入RDB数据库对应位号内；DCS控制站根据所下装的DCS控制工程，实现对接收到的数据进行工程量程转换、PID控制、顺序控制、连锁控制；DCS控制站对处理后的数据进行输出时采用了多种输出方式；DCS控制站与培训接口机和操作员站的通信采用广播方式，DCS控制站将所有数据量和数据ID打成数据包并添加信息包后广播到DCS系统网；DCS与实操实训设备上的自动阀和现实仪表的通信采用4～20mA的标准信号，DCS控制站将数据库数据转化为4～20mA电流信号从数据ID所配置的I/O端口输出到现场设备。